Стандартные функции и операции для работы с векторами и матрицами

1. Сложение

2. Умножение

3. деление

4) Умножение векторов (скалярно – число, векторно - др)

5) вычисление длины вектора

6) умножение матриц

7) транспонирование

8) обратная матрица

9) сумма элементов вектора

10) выделение столбца из матрицы

11) RANK

12) max, min

13) sort

14) revers

15) rsort(M2,1) = (1 строку по возрастанию)

16) csort

Решение СЛУ

• Чтобы как уравнение пишем жирный знак равно
• Lsolve(A,B)=

Работа с графиками в MathCAD

Построение графика функции в одной переменной в декартовой системе координат.

1) задаем функцию

2) задаем дискретный аргумент, для которого будем строить график.

3) вызываем шаблон графика

Построение несколько графиков на одном шаблоне в декартовых координатах

1 ситуация: когда строится график для одного значения аргумента

2 ситуация: для разных значений аргумента

3 ситуация: строится семейство кривых

• Задается несколько функций
• Задается значение аргумента
• Выбирается шаблон графика, имя аргумента
• На одном шаблоне можно построить до 16 графиков
• Задаем функции
• Задаем аргументы
• Вызываем шаблон графиков
• Можно построить 10 графиков, порядок совпадает.
• Задаем функции одной переменной с параметром
• F(a,x):=a*x^2
• Задаем аргумент
• Вызываем шаблон графиков, внизу = икс, нарисовать клеща с брюшком

Построение графика функции в полярных координатах.

• Задается функция d(r,ф)
• Задаем ф(от 0 до 2П.)
• Кардиоида(в полярных)

Построение функций заданных параметрически в декартовых координатах.

Задача: построить окружность в декартовых координатах.

X=r*cos(a)

Y=r*sin(a)

Построение вектора в декартовых координатах

• Задаем индексы элементов
• Задаем вектор
• Выбираем шаблон графика
• Изменить параметры графика (формат – nrace – points)

8.7.6. Построение одного вектора относительно другого

• Количество элементов должно быть одинаково
• Выбираем шаблон графика
• Россыпь бриллиантов из 300 элементов

(x²+y²-2ax)²-4a²(x²+y²)=0

X=a*cost(1+cost)

Y=a*sin t(1+cost)

Построение поверхностей.

Поверхность описывается функцией двух переменных.

1. Задаем функцию двух переменных. F(x,y):=x²-32y+x*y²
2. Задаем шаблон поверхности.
3. Внизу пишем только имя функции.
4. ПКМ на графике, формат – Квикплот дата – 1 – x, 2- y.

Решение уравнений в MathCAD

1. привести уравнение к виду f(x)=0,

2. построить график этой функции.

3. подобрать график так чтобы корни уравнения было видно.

4. Задаем приближенное значение корня.w1:=1

5. находим настоящее значение. W2:=root (g (w1), w1), w2=

Замечания:

• Если корней несколько, то каждый корень ищется отдельно.

Решение полиномиальных уравнений.

1. 20x⁴-2.5x³+11x-23=0

2. задаем функцию. F(x):=

3. строим график.

4. полирутс. – много корней. Задаем вектор из коэффициентов уравнений. с конца. Polyroots(t)=

Решение оптимизационных задач в MathCAD

Оптимизационные задачи – на поиск оптимального значения.

Такие задачи решаются с помощью вычислительного блока Given – надо закрывать этот блок.

Структура блока given.

• начальные значения
• Given
• уравнения
• ограничения
• окончание блока. Осуществляется одной из функций. Find(ищет конкретное решение) Minimize, Maximize, Minerr (ищет ближайшее значение к правильному).

Определение экстремумом функций.

1) F(x)=50*sin(x)-e^x

2) Нужно найти max min на отрезке (-2;3,07) это x/

3) Шаблон графика

4) Ищем min:

X:=-1.5

Given

F(x)=50*sin(x)-e^x

x>-2

x<3

r:=Minimize(F,x)

r=

f(r)=

5) Для max создаем новый блок

X:=1.8

Given

F(x)=50*sin(x)-e^x

x>-2

x<3

r1:=Maximize(F,x)

r1=

f(r1)=

Решение систем уравнений.

X²+Y²=25

Y=X+3

1) Строим графики функций.

2) Задаем диапазоны

3) Шаблон графика

4) Решение проводится для каждого корня отдельно.

5) См. 8.9.2.

Решение оптимизационных задач.

Задача: индивидуальный предприниматель получил разрешение на постройку автостоянки возле стены завода. В разрешение оговорено длина трех сторон стоянки не больше 250 метров. Подобрать размеры сторон, так что бы площадь была максимальной.

Решение:

X:=6

Y:=6

S(x,y)=x*y

Given

x>6

y>6

2*x+y<=250

D:=Maximize(S,x,y)

Символьные вычисления в MathCAD

• Упростить выражение simplify
• Лучше использовать буквы, которые не встречались
• Solve – решение
• Неопределенные

Обработка экспериментальных данных в MathCAD

Общие понятия обработки экспериментальных данных

Суть: в том, что бы построить теоретическую зависимость, которая хорошо бы описывала существующие экспериментальные данные.

1 группа: аппроксимация – метод замена облака экспериментальных точек какой-либо простой функцией, обязательно проходящей через экспериментальные точки.

• Интерполяция – определение значение аппроксимирующей функции внутри облака экспериментальных точек
• Экстраполяция – предсказание значения аппроксимирующей функции вне облака экспериментальных точек.

2 группа: регрессия – замена облака экспериментальных точек какой-либо простой функцией, необязательно проходящей через экспериментальные точки.

В случае линейной регрессии замена экспериментальных точек производится прямой, такой, что сумма квадратов отклонений экспериментальных точек от теоретической прямой будет минимальным.

Кусочно-линейная аппроксимация.

При кусочно-линейной аппроксимации экспериментальные точки соединяются отрезками прямых.

1. Задаем вектор Х

i. Задаем экспериментальные значения Х

ii. Задаем вектор Y

iii. Вектор Х упорядочивается по возрастанию. А У в соответствии с Х.

2. Формируем, задаем аппроксимирующую функцию.

i. F(x):=linterp(X,Y,x)

3. Строим график. Задаем для х.

Сплайн интерполяция.

Экспериментальные точки соединяются кривыми линиями.

1) Линейная сплайн интерполяция - маленькими

2) Параболическая

3) Кубическая – куб 2

1. См. 8.11.2.
2. Задаем вспомогательные векторы.
3. Задаем аппроксимирующие функции
4. Задаем диапазон аргумента.
5. Строим график. Аппроксимирующих функций.

Вывод: аппроксимирующие функции можно использовать для интерполяции (т.к. расхождение не большое), а для экстраполяции нельзя

Функции предсказания.

1) задаем векторы экспериментальных точек (как минимум 10)

2) см.8.11.2.

3) задаем индекса. задаем вектор предсказываемых значений.

4) строим график.

Линейная регрессия.

1. Задаем векторы экспериментальных данных.
2. Задаем функцию регрессии
3. Построим графики функции регрессии.

Регрессия функцией сводящясей к линейной. Экспонициальная регрессия

1. Найти коэффициенты А и В.
2. Введем замену переменных.
3. Задаем вектор Т
4. Задаем функцию регрессии
5. Строим график

Регрессия полиномиальной функции.

1. К нахождению коэффициентов.
2. Находим вспомогательный вектор
3. Задаем функцию регрессии
4. Строим график

Регрессия функции произвольного вида

1. Задаем экспериментальные данные
2. Задаем функцию.
3. Сводится к нахождению коэффициентов к.
4. Задаем вектор коэффициента функции.
5. Задаем функцию регрессии
6. Задаем диапазон икосов,
7. Вызываем шаблон графиков

Вычисление производных в MathCAD

Числовое вычисление

1. задаем функцию
2. найдем значение функции в точке П/2
3. шаблон
4. в символьном – стрелочка.

замечания:

• значения производной вычисляются с точностью до 5 знака.
• Можно вычислять производные более высокого порядка, но с увеличением порядка на 1 точность уменьшается на порядок, поэтому считать выше 5-ой производной не имеет смысла.

Вычисление интегралов в MathCAD

Можно найти численное значение определенного интеграла и символьное значение не определенного интеграла.

Определенный интеграл

Неопределенный интеграл

Тема 9. Компьютерная графика.

Компьютерная графика – специальная область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов.

Охват компьютерной графики

Все виды и формы представления изображения

• Экран монитора
• Бумага
• Кинопленка
• Ткань
• И т.д.

9.1.2. Сферы применения

• Медицина
• Научные исследования.
• Моделирование тканей и одежды.
• Опытно-конструкторские обработки
• Фотография
• Полиграфия

9.2. Классификация графических изображений.

По способу изображения:

1. Растровая
2. Векорная
3. Фрактальная

Трехмерная и растровая и векторная.

Цветовой охват:

• Монохромная – большая контрастная
• Цветная – информативная

Специализации:

• Инженерная графика
• Научная физика
• ВЕБ-графика
• Компьютерная полиграфия
• Анимация
• И т.д.

9.3. Растровая графика.

РИ – изображение, состоящее из точек или пикселей.

9.3.1. Кодирование растрового изображения

9.3.1.1. Монохромная картинка – черно-белая.

1. Разработка оригинала.
2. Наложение рамки и сетки
3. Формирование кода. Там где есть изображение – 1. Там где нет – 0. Хранится в памяти.
4. Производим декодирование.

Вывод: чем выше расширение оригинала, тем выше качество изображения

Битовая глубина – количество бит, необходимых для кодирования одного пикселя. Черно белой картинки 1 бит.

Информационная емкость изображения: разрешение*глубину. 20 бит.

16 градаций серого.

1. Нужно формировать код с изменением битовой глубины.
2. Р- битовая глубина, N – количество градаций

Кодирование цветного изображения. Используются различные цветовые модели. Сама я распространенная RGB. Цвет пикселя получается в результате смешения цветов. В 8 разряднов можно было кодировать 256 градаций RRRGGGBB.

16 бит, 65536 – RRRRRRGGGGGBBBBB

24бит, 16.5

9.4. Векторная графика

Векторное изображение – это изображение из линий и замкнутых фигур.

9.4.1. Объекты векторной графики и их характеристики.

1. Незамкнутые – каждая из не замкнутых имеет свои характеристики:

a. Форма

b. Толщина

c. Цвет

d. Начертание

2. Замкнутые линии:

a. Форма

b. Толщина

c. Цвет

d. Начертание

e. Заполнение (цвет, текстуры, карты..)

9.4.2. Способы представления обеъектов.

· Точка (х,у)

· Прямая у=к*х+в

· Отрезок: у=кх+в, х1,х2

· Кривая второго порядка; x²

· Отрезок кривой второго порядка. См

У кривых второго порядка нет точек перегиба.

· Кривая третьего порядка

· Отрезок кривой третьего порядка

У кривых третьего порядка есть точки перегиба.

Сплайн. Линия обычно кривая, форма которой контролируется при помощи управляющих векторов, расположенных при вершинах сплайна. Термин появился и кораблестроения. Там сплайном называли разметочную веревку, кривизна которой регулировалась подвешенными грузиками. Кривые Безье. Тип сплайна, вершины которого всегда снабжаются управляющими векторами. Управляющие векторы представляют собой касательные к кривой сплайна в точке.

Достоинства:

1. Малый объем памяти

2. Свобода трансформации (масштабирование без потери качества)

3. Аппаратная независимость.

Недостатки:

1. Программная зависимость (.cdr не описан и является стандартным.) необходимо конвертирование.

Параметр сравнения	Растровая графика	Векторная графика
1. Способ хранения изображения.	прямоугольная матрица, состоящая из множества очень мелких неделимых точек (пикселей). Каждый такой пиксель может быть окрашен в какой-нибудь один цвет	Описывает изображение с помощью математических формул.
2. Качество изображения
3. Объем памяти		если делать очень сложную геометрическую фигуру (особенно если их много), то размер “векторного” файла может быть гораздо больше, чем его “растровый” аналог из-за сложности формул, описывающих такое изображение
4. Возможности трансформации		при изменении масштаба изображения оно не теряет своего качества
5. Скорость вывода на принтер, экран
6. Возможность полутоновых изображений
7. Графические редакторы

Растровая графика:

1. Изображение храниться в виде таблицы. Растровое изображение состоит из отдельных точек- пикселей, каждый из которых имеет свой цвет

2. Качество растрового изображения определяется его разрешением и используемой палитрой.

3. При использовании растровой графики необходим большой объем память для хранения рисунка т.к. размер памяти зависит от размера изображения. При увеличении картинки вдвое, размер необходимой памяти возрастает в четыре раза

Векторная графика:

1. Изображение хранится в виде набора кривых. Ждя каждой кривой хранятся координаты начала и конца.

 

9.5 Фрактальная графика

Фрактальное изображение – это изображение, построенное из повторяющихся элементов на основе математических вычислений.

Фрактал – это бесконечно само подобная геометрическая фигура, каждый фрагмент которой повторяется при уменьшении масштаба.

Масштабная инвариантность, наблюдаемая во фракталах может быть либо точной либо приближенно(Мандельброт)

Кривая Коха.

Базовым элементов является сама математическая формула, а изображение строится исключительно по уравнениям.

Таким способом строят как простейшие регулярные структуры, так и сложные иллюстрации.

Fractint

Manpwin

9.6 Трехмерная графика

ТГ – это изображение имитирующие объемные объекты.

Каждая точка пространства(кроме начальной точки О) может быть задана тройкой одновременно не равных нулю чисел (х,у,z)

Этот подход дает возможность воспользоваться матричной записью в трехмерных задачах.

Если хоти получить растровое изображение, то нужно еще одну матрицу.

Для векторной нужно задавать формулу для поверхности

Преобразование в трехмерном пространстве может быть представлено в виде суперпозиции вращений растяжений, отражений и переносов, поэтому для построения объемной картинки достаточно подробно описать матрицы только этих преобразований.

9.7. Цвет. Цветовые схемы.

Цвет в компьютерной графике – это средство усиления зрительного впечатления и повышения информационной насыщенности изображения.

Типы:

1. Аддитивное – световые излучения суммируются (монитор)
2. Субтрактивное – световые излучения вычитаются (полиграфический отпечаток)

Характеристики:

1. Цветовая температура – излучение от инфракрасного до ультрафиолетового.
2. Насыщенность – показывает, насколько данный цвет отличается от монохроматического того же цветового тона
3. Физические: мощность, яркость, освещенность.
4. Визуальные ощущения: светлота
5. Порог – минимальная разница между яркостью различимых по светлоте объектов.
6. Градация – последовательность оптических характеристик объекта, выраженная в оптических плотностях

Цветовые модели

• RGB
• От черного к белому
• CMYK
• HSB
• Круговое изменение
• Яркость
• Тон
• Насыщенность
• Lab
• Разработана международной комиссией по освещению
• Аппаратная независимая, используется для переноса данных между устройствами
• Стандарт Adobe

Форматы графических файлов.

Tiff – Формат хранения растровых графических изображений. TIFF стал популярным форматом для хранения изображений с большой глубиной цвета. Он используется при сканировании, отправке факсов, распознавании текста, в полиграфии, широко поддерживается графическими приложениями. TIFF был выбран в качестве основного графического формата операционной системы NeXTSTEP и из неё поддержка этого формата перешла в Mac OS X.

Изначально формат поддерживал сжатия без потерь, впоследствии формат был дополнен для поддержки сжатия с потерями в формате JPEG.

Файлы формата TIFF, как правило, имеют расширение .tiff или .tif.

Photoshop Document (PSD)— растровый формат хранения графической информации, использующий сжатие без потерь, созданный специально для программы Adobe Photoshop и поддерживающий все его возможности.

Преимущества формата

• Сохраняет слои и папки слоёв;
• Сохраняет прозрачность и полупрозрачность;
• Сохраняет векторные графические элементы и стили слоёв программы Photoshop;
• Изображение сжимается без потери качества

Недостатки формата

• Большой объём файла;
• Полностью поддерживается только Adobe Photoshop;
• Закрытые спецификации, что мешает полноценной поддержке в других программах.

BMP (от англ. Bitmap Picture) — формат хранения растровых изображений, разработанный компанией Microsoft.

С форматом BMP работает огромное количество программ, так как его поддержка интегрирована в операционные системы Windows и OS/2. Файлы формата BMP могут иметь расширения .bmp, .dib и .rle.

В формате BMP изображения могут храниться как есть или же с применением некоторых распространённых алгоритмов сжатия. В частности, формат BMP поддерживает сжатие без потери качества, а современные операционные системы и программное обеспечение позволяют использовать JPEG и PNG (эти форматы встраиваются в BMP как в контейнер)

PCX (PCExchange) — стандарт представления графической информации, разработанный компанией ZSoft Corporation. Использовался графической программой ZSoft PC Paintbrush (одной из первых популярных графических программ) для MS-DOS, текстовыми процессорами и настольными издательскими системами, такими как Microsoft Word и Ventura Publisher.

Не столь популярный аналог BMP, хотя поддерживается специфическими графическими редакторами, такими как Adobe Photoshop, Corel Draw, GIMP и др. В настоящее время вытеснен форматами, которые поддерживают лучшее сжатие: GIF, JPEG и PNG.

Положительные стороны формата

1. возможность создания ограниченной палитры цветов (например, 16 или 256 цветов);
2. поддерживается большим количеством приложений.

Отрицательные стороны формата

1. не поддерживает цветовые системы, отличные от RGB;
2. многочисленные варианты, особенно при работе с цветами, могут делать работу с файлом невозможным;
3. неудобная схема сжатия в действительности может увеличивать размеры некоторых файлов.

PCD (Photo CD) был разработан фирмой Kodak для хранения сканированных фотографических изображений. Сканирование выполняется на специальной аппаратуре (рабочих станциях Kodak), а его результат записывается на компакт-диск особого формата, Kodak Photo CD. Его можно просматривать с помощью промышленных видеоплееров и игровых приставок на обычном телевизоре. На практике Photo CD чаще применяются в издательских технологиях как источник изображений. Большинство производителей библиотек фотоснимков используют именно этот формат на своих компакт-дисках. Формат PCD имеет ряд полезных особенностей, делающих эту его область применения превалирующей. Файл PCD содержит изображение сразу в нескольких фиксированных разрешениях. Базовое (Base) разрешение, 512x768 пикселов, используется для просмотра на телевизорах NTSC и PAL. Кроме него имеются пониженные разрешения Base4, Base16 и более высокие 4Base, 16Base и 64Base.

JPEG (Joint Photographic Experts Group,)— один из популярных графических форматов, применяемый для хранения фотоизображений и подобных им изображений. Файлы, содержащие данные JPEG, обычно имеют расширения (суффиксы) .jpeg, .jfif, .jpg, .JPG, или .JPE. Однако из них .jpg является самым популярным на всех платформах. MIME-типом является image/jpeg.

Алгоритм JPEG позволяет сжимать изображение как с потерями, так и без потерь (режим сжатия lossless JPEG). Поддерживаются изображения с линейным размером не более 65535 × 65535 пикселей.

GIF (англ. Graphics Interchange Format — рус. формат для обмена изображениями) — популярный формат графических изображений. Способен хранить сжатые данные без потери качества в формате не более 256 цветов. Не зависящий от аппаратного обеспечения формат GIF был разработан в 1987 году (GIF87a) фирмой CompuServe для передачи растровых изображений по сетям. В 1989-м формат был модифицирован (GIF89a), были добавлены поддержка прозрачности и анимации. GIF использует LZW-компрессию, что позволяет неплохо сжимать файлы, в которых много однородных заливок (логотипы, надписи, схемы).

GIF широко используется на страницах интернета.

WMF (англ. Windows MetaFile) — универсальный формат векторных графических файлов для Windows приложений. Используется для хранения коллекции графических изображений Microsoft Clip Gallery. Формат разработан Microsoft и является неотъемлемой частью Windows, так как сохраняет последовательность аппаратно-независимых функций GDI (Graphical Device Interface), непосредственно выводящих изображение в заданный контекст графического устройства (на экран, на принтер и т.п.). Очень часто WMF неявно используется для сохранения образа окна вывода программы и его последующего восстановления, а также при переносе информации через буфер обмена (clipboard). Из MS Windows запись и чтение в файл этого формата осуществляются чрезвычайно просто и быстро. Файл этого формата может быть открыт с помощью кроссплатформенных программ GIMP (с предварительной растеризацией)

Как формат векторной графики WMF в той или иной степени поддерживается многими мощными приложениями — AutoCAD, OpenOffice.org, и может использоваться для обмена данными между ними.

PICT - собственный формат Макинтош. Стандарт для буфера обмена, использует графический язык Mac OS. PICT способен нести растровую, векторную информацию, текст и звук, использует RLE-компрессию. Поддерживается на Mac’e всеми программами. Чисто битовые PICT-файлы могут иметь любую глубину битового представления (от Lineart до CMYK). Векторные PICT-файлы, которые почти исчезли из употребления в наши дни, имели странные проблемы с толщиной линии и другими отклонениями при печати. Формат используется для потребностей Mac OS, и при создании определенных типов презентаций только для Макинтош. Вне Макинтош PICT имеет расширение.pic или.pct, читается отдельными программами, но работа с ним редко бывает простой и бесхитростной.

Encapsulated PostScript (EPS) — формат файлов, базирующийся на подмножестве языка PostScript и предназначенный для обмена графическими данными между различными приложениями. Формат EPS был создан компанией Adobe и послужил базой для создания ранних версий формата Adobe Illustrator.

Формат используется в профессиональной полиграфии и может содержать растровые изображения, векторные изображения, а также их комбинации.

Изображение, записанное в формате EPS, может быть сохранено в разных цветовых пространствах: Grayscale, RGB, CMYK, Lab, Multi-channel.

Portable Document Format (PDF) — кроссплатформенный формат электронных документов, созданный фирмой Adobe Systems с использованием ряда возможностей языка PostScript. В первую очередь предназначен для представления в электронном виде полиграфической продукции, — значительное количество современного профессионального печатного оборудования может обрабатывать PDF непосредственно. Традиционным способом создания PDF-документов является виртуальный принтер, то есть документ как таковой готовится в своей специализированной программе — графической программе или текстовом редакторе, САПР и т. д., а затем экспортируется в формат PDF для распространения в электронном виде, передачи в типографию и т. п.

CDR — файл проекта, созданный в программе CorelDRAW, который содержит векторное изображение или растровый рисунок. Данный формат файла разработан компанией Corel для использования в собственных программных продуктах. Файлы CDR можно также открыть программой Corel Paint Shop Pro.

Так как формат CDR проприетарный, он не поддерживается многими сторонними программами, предназначенными для редактирования изображений. Однако, с помощью свободного конвертора uniconvertor возможна конвертация в свободные форматы, например в SVG. Кроме того, для открытия файла CDR можно использовать свободные редакторы sK1 и Inkscape.

Тема 10. Вычислительные сети

10.1. программные и аппаратные компоненты вычислительных сетей.

Вычислительная сеть – это сложная система программных и аппаратных компонентов связанных друг с другом.

Программные:

1. Сетевые ОС
2. Сетевые приложения

Аппаратные средства:

Сетевые ОС – это ОС предназначенные для решения задач по управлению.

Сетевые приложения – программные комплексы, которые расширяют возможности сетевых ОС.

В процессе развития часть Сетевых приложений становятся функциями сетевых ОС

Аппаратные компоненты:

1. Компьютеры
1. Рабочие станции
2. Серверные сети
2. Коммуникационное оборудование
1. Повторители
2. Коммутаторы
3. Маршрутизаторы
4. Шлюзы

Рабочие станции - персональный компьютер, подключенный к сети

1. ОС с диска – с локальным диском
2. ОС с диска файлового сервера - бездисковая
3. Рабочая станция, подключаемая через телекоммуникации – удаленная.

Сервер сети

1. Файловый
2. Сервер БД
3. Сервер прикладных программ
4. Коммуникационный сервер
5. Сервер доступа
6. Факс сервер
7. Сервер резервного копирования данных.

10.2. Коммуникационное оборудование

Сегмент - часть сети, в которую входят устройства расширения. Где нет оборудования. Рис 1

1. Повторитель

Устройство, усиливающее или регенерирующее пришедший на него сигнал.

Развязки нет. Поддерживается обмен между двумя Рабочими Станциями

1. Коммутатор (мост)

Устройство, которое объединяет несколько сегментов

Выполняет развязку сегментов, то есть поддерживает одновременно несколько процессов обмена данными.

1. Маршрутизатор

Устройство соединяющие сети одного или разных типов по одному протоколу обмена данными

Анализирует адрес назначения и направляет данные по оптимально выбранному маршрутизатору.

· Скорость передачи данных – максимум

· Количество узлов – минимальное

1. Шлюз

Устройство, позволяющие обмен данными между различными сетевыми данными объектами, использующими разные протоколы обмена данных

Требования, предъявленные к Вычислительным сетям:

· Производительность

· Надежность

· Управляемость

· Расширяемость

· Прозрачность

 

10.2.1. Производительность

Время реакции системы – это время между возникновением запроса и моментом получения ответа

Зависит от используемой службы сети, степени загруженности сети или отдельных сегментов

10.2.2. Пропускная способность

Количество информации, переданное через сеть или ее сегмент за единицу времени.

Характеризуется скоростью передачи информации. (бит/с)

10.2.3. Надежность

Защита от сбоев элементов сети(система дублирования)

Защита от потерь и искажений информации при передаче(показатели вероятности потери пакета при его передаче, либо вероятности доставки пакета)

Безопасность – защита информации от несанкционированного доступа (специальное программное обеспечение и соответствующее аппаратное средство)

10.2.4. Управляемость

Возможность управления любым элементов сети

Возможность управления с любого элемента сети

Возможность определения проблем в работе ВС(вычислительные сети) и отдельных ее сегментов, выработка управленческих действий для решения выявленных проблем и возможность автоматизации этих процессов при решении похожих проблем в будущем

10.2.5. Расширяемость

Существование возможностей физического добавления новых элементов сети, трудоемкость их существования

Масштабируемость – возможность расширения сети без существенного снижения ее производительности

10.2.6. Прозрачность

Скрытие особенностей сети от конечного пользователя

Объединение компьютеров разных типов с разными ОС

Распараллеливания работы между элементами сети

10.3. Стандартизация.

Интегрируемость – возможность подключения к ВС разнообразного и разнотипного оборудования ПО от разных производителей.

· Основное направление развития – стандартизация сетей их элементов и компонентов

Стандарты:

• отдельных фирм
• специальных комитетов и объединений, создаваемых несколькими фирмами
• национальных организаций по стандартизации
• международные

Организации:

• международная организация по стандартизации ISO
• разработка моделей взаимодействия открытых сетей

Классификация вычислительных сетей

• по территории:
• локальные
• глобальные
• по масштабу:
• сети рабочих групп
• сети отделов
• сети кампусов
• корпоративные сети

10.4. Эталонная модель OSI

Согласование работы устройств сети

Соглашение

Стандарт

Решение проблем по частям

Начало 80-ых годов

Организация ISO. Модель OSI.

 

• Моделирует работу двух компьютеров в сети
• Этапы обработки данных. Показать уровень не возможно.
• Сеть передачи данных – кабель
• Каждый уровень относительно независим.
• 7-ми уровневая модель
• Функции модуля строго определенны.
• Система иерархическая – запрос вниз, результат вверх
• Стрелка интерфейс – описание взаимосвязей между 2-мя уровнями, установленные правила или соглашения. Определяет набор сервисов, предоставляемый соседнему уровню

• Канальный уровень

  Пользовательское приложение

  Пользовательское приложение

  Прикладной уровень

  Прикладной уровень

  Сетевой уровень

  Сетевой уровень

  Канальный уровень

  Физический уровень

  Физический уровень

  Представительский уровень

  Представительский уровень

  Сеансовый уровень

  Сеансовый уровень

  Транспортный уровень

  Транспортный уровень

  Сеть передачи данных

  Протокол

  Интерфейс

  Протокол – формат сообщений между одинаковыми уровнями двух компьютеров.
• С установлением соединения (ниже транспортного и он – требуют соединения)
• Дейтограммный протокол (выше транспортного)
• Стек протокола – набор протоколов достаточный для взаимодействия в сети
• Стандартный формат блока, передаваемый между уровнями блоков
• Заголовок
• Служебная информация
• Данные
• Завершающая информация..
• Вверх отбрасывается
• Вниз передается

 

10.4.1. Физический уровень:

1. Определяются характеристики электрических сигналов, типы разъемов с назначением каждого контакта
2. Описывает передачу битов
3. Выполняется сетевым адаптером
4. Для локальных сетей

10.4.2. Канальный уровень

1. Определяет доступность среды передачи данных
2. Определяет механизм обнаружения и коррекции ошибок (порция И – кадра начало и конец кадра адреса отправляется и получателя, контрольная сумма. Повторяется передача.)
3. Протокол зависит от топологии
4. Выполняется сетевым адаптером и его драйвером
5. В глобальных сетях ограниченно.

Топология, общая шина, кольцо, звезда

10.4.3. Сетевой уровень

1. Образование единой транспортной системы (разные топологии, принципы)
2. Обмен данными между сетями
3. Пакет (адрес компьютеров и сетей)
4. Используется маршрутизатор
5. Выбор оптимального маршрута(время и надежность передачи)

10.4.4. Транспортный уровень

1. Обеспечивает надежность передачи данных, обнаружение и исправления ошибок передачи
2. Зависит от качества низких уровней
3. Реализуется программными средствами узлов сети уомплнентами сетевых систем
4. Набор пакетов (весь или нет)

10.4.5. Сеансовый уровень:

1. Реализуются средства синхронизации сообщения
2. Управления диалогом между конечными точками
3. Отдельные протоколы обычно не используются (протоколы прикладного уровня)
4. Длинная передача с кт

10.4.6. Представительский уровень

1. Преобразование формы представления данных
2. Преодоление различий в синтаксисе и кодировке
3. Обеспечение секретности обмена данными для служб прикладного уровня
4. Сообщение

10.4.7. Прикладной уровень

1. Протоколы обеспечивают доступ к разделяемым ресурсам сети
2. Единица информации в протоколах – сообщения

10.5. Методы передачи данных.

 

10.6. Методы коммутации

10.7. Линии связи

10.8. Локальные сети

10.9. Глобальные сети

• Основные принципы построения сети Интернет
• Основные протоколы интернет
• Службы интернет
• Защита информации в интернет
• Поиск информации в интернет

Основные принципы построения сети интернет

1. Основные глобальные сети Sprint FIDO S.W.I.F.T
2. Интернет – это глобальная информационная структура – лидер по размерам и возможностям
3. Интернет распространяется не только на телекоммуникации, но и на общество в целом

10.10. История создания:

10.11. Принципы:

• Для включения в интернет отдельной сети не должно производиться никаких дополнительных изменений.
• Пакеты в интернет передаются на основе принципа негарантированной доставки, если пакет не смог достигнуть пункта назначения, то через короткое время он должен быть передан снова
• Для соединения сетей используются специальные устройства маршрутизаторы, которые должны максимально упростить прохождение потока пакетов
• Не должно существовать единого централизованного управления объединения сетью.

10.12. Основные протоколы:

1. TCP/IP – стек протоколов
2. TCР – протокол транспортного уровня, набор пакетов. Деление….
3. IP – адресный протокол.

10.13. Службы интернет

Служба – пара программ клиент – сервер взаимодействующих между собой согласно определенным протоколам

10.13.1. TelNet

10.13.2. E-mail

10.13.3. Mail list

10.13.4. Usenet

WWW

10.13.6. DNS

10.13.7. FTP

10.13.8. IRC

10.13.9. ICQ

10.14. Защита информации

10.15. Антивирусная защита

10.16. Шифрование

10.17. Подписи

10.18. Сертификаты